基于图像处理的吸烟检测系统.doc-资料库

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中北大学毕业设计开题报告学生姓名：元琴学号： 0806054202 电子与计算机科学技术学院学院、系：计算机科学与技术系专业：软件工程设计题目：基于图像处理的吸烟检测系统指导教师 : 潘广贞 2012 年 2 月 24 日

毕业设计开题报告 1．结合毕业设计情况，根据所查阅的文献资料，撰写 2000 字左右的文献综述： 1．课题研究背景文献综述吸烟与健康关系密切，2002 年世界卫生报告中指出，影响健康的前十大危险因素中，吸烟排在第 4 位。2000 年吸烟仍然是全球死亡率组成的一个重要因素，许多发展中国家吸烟人口呈不断增长的趋势。根据 Ezzati 的研究结果，2000 年共有约 484 万人由于吸烟而早死；发展中国家约 241 万人，发达国家约 243 万人。消除吸烟危害已是世界性趋势和历史性潮流。不少学者采用随访研究这种方法对吸烟的危害以及影响因素进行了广泛深入的研究。随着计算机硬件的处理能力的进一步提高以及 Internet 应用的迅速普及，在检测系统方面，人们提出了用基于图像处理的检测系统来进行吸烟的检测，即利用图像处理技术，达到增加检测系统的图像处理和实时报警等方面的功能[1]。 2．视频检测系统发展现状视频检测系统通过在检测现场安装摄像头而获取现场的视频信息，人们可以通过获取的这些视频信息来进行远程现场的检测和控制[2]。视频检测系统的发展大致经历了 3 个阶段。在 90 年代初以前，主要是以模拟设备为主的闭路电视检测系统，称为第一代视频检测系统（模拟视频检测检测系统）；90 年代中期，随着计算机处理能力的提高和视频技术的发展，人们利用计算机的高速数据处理能力进行视频的采集和处理。从而大大提高了图像质量，增强了视频检测的功能，这种基于多媒体计算机的系统称为第二代视频检测系统（模拟与数字混合检测系统，或准数字视频检测系统）。90 年代末，随着网络带宽、计算机处理能力和存储容量的迅速提高，以及各种实用视频信息处理技术的出现。视频检测进入了全数字化的网络时代，称为第三代视频检测系统（数字视频检测系统）。目前市场应用的检测系统主要有两类产品：数字控制的模拟视频检测和数字视频检测[6]。

2．1 数字信号控制的模拟视频检测系统数字信号控制的模拟视频检测系统分为基于微处理器的视频切换控制加 Pc 机的多媒体管理和基于 Pc 机实现对矩阵主机的切换、控制及对系统的多媒体管理两种类型[7]。（1）基于微处理器的视频切换控制加 Pc 机的多媒体管理类型视频检测系统利用微处理器固件发展的矩阵切换器，将原来分散的全硬件视频检测系统微型集中化，一机处理是技术上的一个突破[8]。（2）基于 Pc 机实现对矩阵主机的切换、控制和对系统的多媒体管理基于 Pc 机的视频检测系统采用软件设计，实现摄像机到监视器的视频矩阵切换，云台和镜头的控制，通过串口通信来连接灯光设备，并通过编程自动完成视频切换、云台控制、灯光联动、录像等各项控制功能[9]。系统能充分利用 Pc 机的资源，使视频检测系统随计算机技术的发展而不断进步，同时其开放性的结构特性更可使之与其它多种系统如与消防报警系统、出入口管理系统、楼字自控系统等实现互动集成[10]。 2．2 数字视频检测系统随着计算机多媒体技术、视频压缩编码技术、网络通讯技术的发展，数字视频检测系统迅速崛起，现今市场上有两种数字视频检测系统类型，一种是以数字录像设备（硬盘录像）为核心的视频检测系统[11]，另一种是以嵌入式视频 Web 服务器为核心的视频检测系统[12]。由于本课题采用的不是基于数字图像的处理技术，所以就不做赘述了。 3．选题的依据和意义吸烟已经成为影响各国人民健康的重要公共卫生问题之一，各国学者对其进行了大量的研究工作，发达国家尤其重视控烟的工作，我国控烟工作虽然起步较晚，目前面临的控烟难度仍然巨大，因此很有必要研究出一种基于图像处理的吸烟监测系统，将其安装在各个公共场合，以便工作人员能清楚的辨别吸烟的目标，并予以制止，已达到控烟的目的，努力实现降低吸烟危害的目标[13]。该课题的目的就是为了解决这方面的问题。针对自动检测系统的实用性和自动性方面的要求，在本文中提出了一种新的自动检测处理方法。在这种方法中，基于 Pc 机的视频检测系统采用软件设计，实现摄像机到监视器的视频矩阵切换，云台和镜头的控制，通过串口通信来连接灯光设备[14]，并通过编程自动完成视频切换、云台控制、灯光联动、录像等各项控制功能[15]。该方法可以大大提高工作效率、节省费用及提高信息自动化水平，对于检测系统的普及应用和发展具有深远意义。

参考文献： [1] 刘富强,卢赤班.数字视频检测系统及其应用.工矿自动化,2003,18(3):31-33. [2] 吴炯,张秀彬,张峰.移动目标的快速识别算法.微计算机信息,2004,20(3):27-28. [3] Collins，Lipton，Kanade，etc．h System for Video Surveillance and Monitoring： VSAM Final Report．Technical report CMU—RI-TR-00-12．Robotics Institute， Carnegie Mellon University，May，2000：210-216． [4] Paragios N K，Oeriche R．h PDE—based level—set approach for detection and tracking of moving objects ．Sixth International Conference on Computer Vision，1998：1139-1145． [5] Odobez J M，Bouthemy P．Detection of multiple moving objects using multiscale MRF with camera motion compensation．IEEE International Conference on Image Processing(ICIP-94)，Texas，1994：257-261． [6] 路林吉,吕新荣.数字图像检测技术讲座(第 1 讲概述).电子技术,2001.(7):45-48． [7] 宋磊,黄祥林,沈兰荪.视频检测系统概述.测控技术,2003,22(5):33-35. [8] 黄小猛，刘磊．基于 Web 的远程检测系统的设计与实现.计算机工程与科学,2004， 26(2):97-98. [9] 林刚张锋,张登福.多屏显示技术及其在图像处理系统中的应用.计算机应用研究,2002,4:154-155. [10] 刘伟娜,张德运,程竹林等.基于 Internet 的远程视频检测系统的实现.计算机工程,2003,29(14):156-158. [11] 王江,王民.一种用于检测系统的多功能解码器的原理及实现.工业控制计算机,2003,16(1):37-38. [12] 范敦浩.图像检测系统摄像机和镜头的选择.通信电源技术,2003,4:23-27. [13] 李冬霞,曾禹村.基于速度特征矢量提取运动目标的图像分割方法.北京理工大学学报,2000,20(3):347-350. [14] 田鹤,陈剑波等.视频检测系统中基于 MPEG 编码域的运动检测方法.计算机工程,2002,28(10):164-166. [15] 黄正军,周建中.基于 Intranet 的数字视频检测系统研究.武汉理工大学学报.信息与管理工程版,2002,24(5):36-38,41.

毕业设计开题报告 2．本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段（途径）： 1．课题研究的基本内容通过查阅相关资料，了解烟雾的各种物理特征及其反映出的本质问题。选择烟雾特征中能够采用图像来描述的特征作为分类，将摄像机摄取的视频烟雾图像通过相应的处理、变换，将其特征提取出来，作为烟雾及其发生源的识别依据。最终目标是将以上提出的方案变为实际的算法，用软件实现，并且最终能够将此种可视化烟雾检测技术应用于吸烟检测系统中。 2．课题的拟采用的研究途径 2．1 烟雾图像的采集基于图像的视频吸烟检测系统采用软件设计，实现摄像机到监视器的视频矩阵切换，云台和镜头的控制，通过串口通信来连接灯光设备，并通过编程自动完成视频切换、云台控制、灯光联动、录像等各项控制功能。 2．2 烟雾图像的预处理与分割 2．2．1 烟雾图像的预处理（1）烟雾图像的增强图像增强是采用一些技术手段（包括算法）有选择地突出图像中感兴趣的特征或者抑制（掩盖）图像中某些不需要的特征，改善后的图像比原始图像更加满足某些特殊分析的需要，如图像的轮廓线或者纹理加强、伪彩色处理等。其目的是要突出一幅图像中的某些信息，同时削弱或去除某些不需要的信息，使处理后的图像对某种特定的应用来说，比原始图像更适用。因此，这类处理是为了某种应用目的而去改善图像质量的。处理的结果是使图像更适合于人的视觉特性或机器的识别系统。图像增强具体主要包括直方图修改处理、图像平滑处理、图像尖锐化处理及彩色图像处理等常见的技术手段。（2）烟雾图像的滤波一幅图像在实际应用过程中可能存在各种各样的噪声，平滑滤波的作用就是消除这些噪声的影响，一个较好的平滑方法应该既能消除这些噪声，又不使图像的边缘轮廓和线条变模糊。线性滤波主要采用的是邻域平均法，用于去除图像通过扫描得到的颗粒噪

声；中值滤波器的输出像素值是由邻域像素的中间值而不是平均值决定的，所以中值滤波器产生的模糊较少，在某些条件下可以作到既去除噪声又保护图像边缘的较满意的效果，更适合于消除图像的孤立噪声点，中值滤波是一种去除噪声的非线性处理方法。 2．2．2 烟雾图像的分割处理研究图像分割可以以逐个的像素为基础，也可以利用规定领域中的图像信息去分割。其中最常用的图像分割方法是将图像分成不同的等级，然后用设置灰度门限的方法确定有意义的区域或欲分割的物体的边界，这种方法也称为闽值分割法。阈值分割法是一种利用图像中要提取的目标物与其背景在灰度特性上的差异，把图像视为具有不同灰度级的两类区域(目标和背景)的组合，选取一个合适的阈值，以确定图像中每个像素点应该属于目标区域还是背景区域，从而产生对应的二值图像。 2．3 烟雾的特性分析烟雾是一种烟草复杂的化学反应过程。烟雾通常是由以下三类物质组成的具有较高温度的均匀混合物，即（1）气相燃烧产物；（2）未完全燃烧的液、固相分解物和冷凝物微小颗粒；（3）未燃的可燃蒸汽和卷吸混入的空气。烟雾颗粒的平均粒径、尺寸分布和浓度是烟雾的三个基本特性参数。 2．4 烟雾的检测图像是一种二维连续函数，即它的亮度是其位置的连续函数。为了能在计算机上进行数据处理，首先要在空间上和亮度上对图像进行数字化。在空间位置上的数字化，一幅图像可以看作是一个有限的数列或者矩阵，此过程称为采样；而亮度上的数字化是将得到的图像亮度离散为整数值，此过程称为量化。数字图像就是经过采样和量化后的图像数据。图像矩阵中的元素就是像素（Pixel)，一幅图像可以看作是全体像素的集合。 2．5 烟雾的发生源的检测人们在吸烟时，香烟端会有火星一明一暗的闪烁，火星的闪动表面上看来似乎是杂乱无章的，事实上火星信号的频谱特征有着其特有的规律，根据其香烟火星闪烁的频率特征，就可以使用火星的闪烁频率作为判断有无人吸烟的依据。

毕业设计开题报告指导教师意见：所在系审查意见：指导教师： 2012 年 2 月 27 日系主任： 2012 年 2 月 28 日

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